惰性气体共有六种,按照原子量递增的顺序排列,依次是氦、氖、氩、氪、氙、氡。在通常情况下,它们不与其它元素化合,而仅以单个原子的形式存在,显得很“内向”。
事实上,这些原子对于它们自己同类中的其它原子的存在也漠不关心,甚至不愿互相靠近到可以形成液体的程度,因而在常温下,它们都不会液化。
它们全是气体,存在于大气之中。
1.氦(He)
氦的单质是氦气,分子式为He。1868年,法国的让桑和英国的洛基尔分别同时从日冕光谱内发现太阳中有新元素——氦。
氦是一种稀有气体,无色、无臭、无味。它在水中的溶解度是已知气体中最小的,也是除氢气以外密度最小的气体。其密度约为0.18克/升,熔点约-272℃(26个大气压),沸点约-268℃。
液体氦可以用来得到接近绝对零度(-273.15℃)的低温。
氦的化学性质十分不活泼,既不能燃烧,也不能助燃,基本上不形成什么化合物。氦的应用主要是作为保护气体、气冷式核反应堆的工作流体和超低温冷冻剂以及用它填充电子管、气球、温度计和潜水服等。
2.氖(Ne)
氖是无色、无臭、无味的,气体密度约为0.91克/升,液体密度约1.20克/立方厘米。熔点约为-248℃,沸点约为-245℃。
氖的化学性质极不活泼,不能燃烧,也不助燃。在一般情况下不生成化合物,气态氖为单原子分子。
氖是一种惰性气体,在一般情况下不与其它物质发生反应。氖在放电时发出橘红色辉光,可大量应用于城市霓虹灯。
此外,日常生活中使用的试电笔中也充入氖气,这是利用了氖放电发光以及电阻很大的特性。在使用试电笔时,笔尖接触被测电路,手触摸电笔尾部,这样才能形成回路。电流从电笔一端流入,经过氖气后,电流强度降至人体安全范围,再到达尾部,经人体导入大地。当看到试电笔中间的氖气窗亮起橘红色,证明被检验电路通电良好。
氖还被大量用于高能物理研究方面。
3.氩(Ar)
氩是单原子分子,单质为无色、无臭、无味的气体。
氩是稀有气体,在空气中含量最多的一种,100升空气中约含有934毫升氖。其密度约为1.78克/升,熔点约为-189℃,沸点约为-185℃。
氩的化学性极不活泼,但是已将其制成了化合物——氟氩化氢。
氩不能燃烧,也不能助燃。氩的最早用途是向电灯泡内充气,焊接和切割金属也使用大量的氩。同时,氩还用作电弧焊接不锈钢、镁、铝和其它合金的保护气体,即氩弧焊。
氩放电时发出紫色辉光,可应用于霓虹灯。
4.氪(Kr)
氪,无色、无嗅、无味。它的密度约为3.74克/升(气),2.16克/立方厘米(液,温度-156.9℃)。熔点约为-156℃,沸点约为-152℃。
氪原子的外壳是电子已填满了的稳定结构,所以它的化学性质极不活泼。
氪主要用来充填电灯和各种电子器件,防腐,也可作X射线工作时的遮光材料。它和氩的混合物广泛用于充填荧光灯。
1898年,英国的拉姆赛和特拉威斯,用光谱分析液态空气蒸发氧气、氮气、氩后所剩下的残余气体时,发现了氪。
5.氙(Xe)
氙是惰性气体的一种,无色、无嗅、无味。
氙的密度约为5.89克/升,3.52克/立方厘米(液),2.7克/立方厘米(固)。它的熔点约为-111℃,沸点约-107.1℃。
氙能吸收X射线,它在较高温度或光照射下可与氟形成一系列氟化物。它是非放射性惰性气体中唯一能形成在室温下稳定化合物的元素。氙也能与水、氢醌和苯酚一类物质在一定条件下反应。
由于氙具有极高的发光强度,所以在照明技术上用来充填光电管、闪光灯和氙气高压灯。
氙气高压灯具有高度的紫外光辐射,可用于医疗技术方面。还可用于深度麻醉剂、激光器、焊接、难熔金属切割、标准气、特种混合气等。
6.氡(Rn)
氡是无色、无味气体,熔点约-71℃,沸点约-61℃。气体密度约为9.73克/升,其水溶解度约为4.93克/千克水。氡也易溶于有机溶剂,如煤油、二硫化碳等。
氡很容易吸附于橡胶、活性炭、硅胶和其他吸附剂上。
氡的化学性质极不活泼,没有稳定的核素,却具有危险的放射性,这种放射性可以破坏形成的任何化合物。
氡较容易压缩成无色发磷光的液体,固体氡有天蓝色的钻石光泽。已经制得的氡化合物只有氟化氡,它与氙的相应化合物类似,但更稳定,更不易挥发。
由于氡具有放射性,衰变后成为放射性钋和α粒子,因此可供医疗使用。例如用于癌症的放射治疗。用充满氡气的金针插进生病的组织,可杀死癌细胞。它通常从辐射源泵并密封于小玻璃瓶中,然后植入患者体内的肿瘤部位。人们称这种氡粒子为“种子”。